应用拉氏图信息提高短乳杆菌谷氨酸脱羧酶催化性能

谷氨酸脱羧酶(Glutamate decarboxylase,GAD)是用于催化L-谷氨酸脱羧合成γ-氨基丁酸(γ-aminobutyrate,GABA)的唯一酶,提高GAD的催化活力或热稳定性,有利于GABA的高效制备和生产。以热稳定性和活性为筛选目标,通过研究短乳杆菌GAD1407三维模拟结构的拉氏图,确定不稳定氨基酸残基位点K413,采用定点突变的方法构建该位点的突变体,并测定野生型酶和突变酶的热稳定性和活力。结果表明突变酶K413A和突变酶K413I分别在热稳定性和酶活力上获得了提高,突变酶K413A在50℃的半衰期为105 min,是野生酶的2.1倍;突变酶K413I热稳定性没有明显的提高,但其酶活力却得到了有效提高,约为野生型的1.6倍。因此,通过拉氏图提供的结构信息可为利用理性设计提高GAD活性和热稳定性提供指导。     

PSS定点突变及酶活研究

磷脂酰丝氨酸可在磷脂酰丝氨酸合成酶(PSS)催化下由磷脂酰胆碱和L-丝氨酸生成。通过生物信息学手段对磷脂酰丝氨酸合成酶蛋白质结构进行解析和研究分析,获得2个可突变位点F139和P272,通过Overlap PCR法进行定点突变,测定突变序列,并进行酶活测定。结果显示,PSS位点F139突变为L139、M139,位点P272突变为A272,能提高酶活力,说明蛋白质结构解析结合氨基酸定点突变技术,可以改善重组酶的活力。     

胱硫醚β合酶天然产物抑制剂的高通量筛选

[目的]构建人源胱硫醚β合酶CBS△516-525体外高通量筛选模型,在基础酶活水平,筛选天然产物库,发现新型、高效且特异的CBS天然产物抑制剂。[方法]在192串联双孔板内,构建纯酶CBS△516-525的高通量筛选模型,以200!mol/L初筛5 206个天然产物,经50!mol/L和5!mol/L复测验证后,选择抑制效果好的新型抑制剂进行剂量依赖性测试并检测其对同源酶胱硫醚γ裂解酶(CSE)的抑制效果。[结果]原核表达纯化出具有生物活性的CBS△516-525酶,经高通量筛选发现2个IC50约1!mol/L的CBS天然产物抑制剂,且对同源酶CSE均有180倍选择性。[结论]在基础酶活条件下,高通量筛选发现了选择性大于180倍的CBS高效天然产物抑制剂,这可为CBS的分子机制和功能研究提供特异的分子工具。     

ΦC31位点特异性整合酶DNA结合功能域的鉴定

DNA结合功能域的确定是阐明位点特异性重组酶整合机制的关键,而对酶DNA结合功能域进行突变研究是提高酶整合效率和整合特异性的重要方法.为了鉴定ΦC31位点特异性整合酶的DNA结合功能域,依据对ΦC31整合酶序列的生物信息学分析结果,利用PCR和克隆技术在pET22b原核表达载体上构建ΦC31整合酶重组截短突变体表达质粒,将获得的表达质粒转化入大肠杆菌BL21(DE3)菌株扩大培养并用IPTG诱导融合蛋白的表达,经镍柱纯化获得了纯度达90%以上的重组蛋白,分子量也与预期大小一致,Western印迹确定了重组蛋白的特异性.凝胶迁移滞后实验显示野生型以及截短突变体蛋白ΦC311-528、ΦC311-472、ΦC311-413能与细菌附着位点DNAattB和噬菌体附着位点DNAattP结合的条带,而截短突变体ΦC311-353、ΦC311-279、ΦC311-120观察不到相应的结合条带.6个截短突变体质粒在体内重组活性蓝白斑实验中均表现为蓝斑,显示出皆丧失体内重组活性.研究证实,ΦC31整合酶半胱氨酸富集域(第353～413位氨基酸)具有DNA结合的功能,而C末端缬氨酸富集区(第528～613位氨基酸)也与其重组活性相关.这为进一步了解ΦC31整合酶的结构与功能,最终引导其结构进化,提高其特异性和整合效率奠定了基础.     

血红素氧合酶HugZ组氨酸-249对组氨酸-245侧链缺失补偿的结构基础

血红素氧合酶HugZ是幽门螺旋杆菌(Helicobacter pylori)利用宿主血红素作为铁源的关键蛋白．HugZ的His245残基侧链咪唑基与血红素中心铁配位结合,是酶活中心的重要组成部分．用定点突变的方法构建HugZ突变体H245A、H249A和H245A/H249A基因,并将突变体蛋白表达纯化．通过X射线晶体学途径解析了突变体H245A与血红素复合物的2.55Å分辨率晶体结构．结构解析表明,HugZ的His249残基侧链咪唑基团与血红素的铁原子结合,从而补偿了His245侧链缺失．这种结构特征在已知血红素氧合酶中未曾发现．Val238 ψ平面的可翻转和Gly239的柔性是His249能与血红素配位结合的关键原因,二者的共同作用改变了C端肽链的走向,使Val238与His249之间的柔性回折与α1螺旋的相互作用发生解离,并向远离血红素的方向伸展．HugZ蛋白与血红素结合的光谱实验证明HugZ柔性C端上的组氨酸残基有利于HugZ与血红素的结合．研究结果表明,含多个组氨酸残基柔性C端的存在有利于血红素氧合酶HugZ结合和分解血红素．     

腾冲嗜热厌氧菌丙氨酸消旋酶底物通道氨基酸位点的功能

【目的】通过定点突变探究腾冲嗜热厌氧菌MB4中生物合成型丙氨酸消旋酶Tt Alr底物通道内氨基酸位点A172和S173的功能。【方法】利用定点突变PCR技术构建突变体,通过亲和层析法纯化酶蛋白,采用D-氨基酸氧化酶偶联法检测各突变蛋白的活性及其稳定性。【结果】通过定点突变PCR成功得到8个突变体,酶学特性分析发现,A172位点突变为丝氨酸(S)后酶蛋白的相对活性有所提升,但含有该位点突变的酶蛋白稳定性均大幅下降;S173位点突变为天门冬氨酸(D)后导致突变体蛋白的最适反应温度提升了15°C,半衰期大幅延长,但相对活性明显下降。【结论】丙氨酸消旋酶Tt Alr底物通道内A172和S173位点均是影响酶蛋白催化活性和稳定性的关键位点。     

抗真菌药物作用靶酶羊毛甾醇14α去甲基化酶研究

羊毛甾醇14α去甲基化酶是普遍存在于高等植物、真菌和哺乳动物体内的P450蛋白,是氮唑类抗真菌药物作用靶酶.到目前为止已分别确定了高等植物、真菌和哺乳动物体内该酶的氨基酸序列.该酶对底物的催化包括三个单加氧步骤,涉及自由基的生成和消除,血红素辅基在酶催化过程中起重要作用.底物羊毛甾醇只能结合在酶活性位点血红素辅基Nc吡咯环上方,其余血红素吡咯环被氨基酸残基封闭.底物羊毛甾醇的3β羟基、Δ⁸⁽⁹⁾双键和17位侧链是与酶活性位点正确结合的关键官能团.该酶两大类抑制剂(底物类似物和氮唑类抗真菌药物)结构-活性关系研究可为进一步优化和设计新型高效酶抑制剂提供基础.     

来源于瘤胃菌Ruminococcus sp.的D-阿洛酮糖3-差向异构酶的底物结合位点分析

【目的】研究来源于瘤胃菌Ruminococcus sp.的D-阿洛酮糖3-差向异构酶的底物结合机制。【方法】通过同源模拟和同源序列比对,筛选与其底物结合相关的关键位点,进而通过定点突变构建突变体并对其动力学性质进行研究。【结果】筛选得到关键位点Y6和A109,构建了突变体Y6F、Y6I、A109P及A109L。【结论】Y6既与底物结合又与催化能力相关,其-OH只与底物结合相关,芳香环则与催化能力和结合能力均相关;而A109则只是底物结合的位点。该研究结果为D-阿洛酮糖3-差向异构酶的催化机理研究及分子改造提供了借鉴。     

半胱氨酸脱硫酶突变体H104Q,E156Q,D180G,Q183E和K206A通过改变对磷酸吡哆醛的结合影响酶活性

大肠杆菌半胱氨酸脱硫酶（cysteine desulfurase,IscS）是一类依赖磷酸吡哆醛（pyridoxal phosphate,PLP）的同质二聚体的酶.IscS能催化游离底物L-半胱氨酸脱硫,生成L-丙氨酸和单质硫.在此催化过程中,可形成与酶结合的半胱氨酸过硫化物中间物,并出现了7种具有不同特征性吸收峰的中间反应物.为了研究PLP的结合及中间反应物的形成及累积,对IscS中与PLP结合相关,及IscS半胱氨酸活性口袋中特定氨基酸残基位点（His104,Glu156,Asp180,Gln183和Lys206）进行定点突变,结果发现：1）IscS突变体H104Q、D180G、Q183E、K206A对PLP的结合能力具有不同程度的减弱,酶的活性明显降低甚至消失,PLP与蛋白结合的特异吸收峰消失,或发生明显偏移并出现新的吸收峰,且这些新出现的吸收峰又与蛋白形成的各种中间反应物的吸收峰一致|2）IscS突变体E156Q的活性增高,PLP与蛋白结合的吸收峰明显增加.这些结果都表明,IscS氨基酸残基可通过影响PLP的结合及质子转移引起催化过程中不同中间反应物的形成及累积,同时提高或降低蛋白的活性.     

北京棒杆菌天冬氨酸激酶突变体Q316P的酶学性质

【目的】对北京棒杆菌(Corynebacterium pekinense)天冬氨酸激酶(Aspartate kinase,AK)进行改造,期望获得具有较高酶活力且酶活性质改善的高产天冬氨酸族氨基酸的优良突变株,并削弱甚至解除Thr对AK的反馈抑制作用。【方法】利用定点突变技术对Gln(Q)316位点进行突变,高通量筛选获得活力提高明显的突变体,并将其在大肠杆菌BL21中高效表达,对野生型(Wild type,WT)和突变体Q316P AK用镍柱纯化,进行酶动力学及酶学性质研究。【结果】获得突变体Q316P,并在大肠杆菌BL21中成功表达。与野生型相比,突变体Q316P的V_(max)提高8.53倍,n值由2.15降低为1.29,正协同性减弱;最适温度由25°C升高至30°C;最适p H由8.0降低至7.5,半衰期由3.8 h延长至5.0 h;且在实验范围浓度内,底物抑制剂苏氨酸对突变体Q316P表现出激活作用;Q316P AK对金属离子K+和有机溶剂甲醇表现出良好抗性。【结论】获得酶活力提高、酶学性质改善的突变体,并一定程度上解除苏氨酸对AK的反馈抑制,为构建高产天冬氨酸族氨基酸工程菌提供参考。     

基于易错PCR的黄曲霉毒素解毒酶体外分子定向进化

运用定向进化-易错PCR方法,提高黄曲霉毒素解毒酶的活力及稳定性,并结合辣根过氧化物酶 (HRP)-隐性亮绿 (RBG) 快速高通量筛选系统,构建了库容约为104的突变体库。经过两轮易错PCR,最终分别获得了耐高温70 ℃突变酶A1773、pH 4.0稳定性的突变酶A1476,pH 4.0和pH 7.5均表现稳定性的突变酶A2863,其酶活力比野生酶分别提高了6.5倍、21倍和12.6倍。经序列分析表明,发现突变酶A1773发生了Glu127Lys和Gln613Arg突变;突变酶A2863发生了Gly73     

头孢菌素C酰化酶突变位点的研究

头孢菌素C酰化酶能直接将头孢菌素C(CPC)转化为7-氨基头孢烷酸(7-ACA),此一步酶法具有很大的经济价值,所以得到很多研究者的关注,特别是提高CPC酰化酶活性及专一性的研究。以CPC酰化酶基因ecs50为基础,利用重叠延伸PCR,对文献报道的活性提高的突变体酶S12的6个位点分别进行突变,将得到的6个突变体V122A、G140S、F297N、I314T、I415V、S710L进行诱导纯化后,检测酶活,以此来研究不同突变位点对酶活力的影响。结果 V122A的比活为106U/mg,它的转化效率比初始酶提高23.7%。     

OPTA对乳酸脱氢酶的抑制动力学

邹承鲁建立的酶活性不可逆改变动力学理论已为实验所验证,它不仅适用于单底物酶的抑制和激活的动力学研究,而且也适用于双底物酶反应系统.但在双底物酶反应系统中,底物和酶的结合方式有四种机制,即随机机制、有序机制、强制有序机制和乒乓机制,迄今为止这一动力学方法仅对随机机制的肌酸激酶进行了实验研究.而其它机制的实验研究尚未见诸报道.我们选用了有序机制的乳酸脱氢酶(LDH),用邻苯二甲醛(OPTA)为抑制剂对该酶的抑制过程进行了实验研究.结果表明,OPTA对该酶的抑制为不可逆抑制.其产物生成与时间的关系曲线符合邹氏方程:[P]=[P]_x(1-e~(-A[OPTA]).由ln([P]_x-[P])对t作图为一直线,表明它的抑制作用为单相动力学过程,抑制剂与酶的结合为一步反应.由直线的斜率A[OPTA]对[OPTA]作图为一过原点的直线.说明表观速度常数A与OPTA的浓度无关.OPTA与酶的结合为非络合型.测得的OPTA与EE-NADH结合的微观速度常数分别为:K(?)=49.6(mmol L)~(-1)min,(?)=2.31(mmol L)min~(-1)(?).明显小于(?)的事实表明.NADH对失活有明显的保护作用.OPTA是一个竞争性的不可逆抑制剂.用传统的方法测得的(?)为42.5(mmol L)min~(-1).与邹氏方法测得的结果非常接近.     

耐高温耐酸稳定假密环菌(Armillariella tabescens) MAN47β-甘露聚糖酶体外分子定向进化

从已经建立的易错PCR初级突变文库中筛选得到的16个兼具耐酸、高温稳定、高酶活力的克隆出发,将其作为DNA shuffling的亲本基因,利用DNA shuffling技术,结合易化筛选和96微孔板通量筛选的方法获得耐酸、高温稳定的克隆。并且,对筛选出来的耐酸高温稳定的突变子进行测序分析和同源建模,比较分析β-甘露聚糖酶突变基因序列的生物学信息。经过两轮DNAshuffling,最终筛选得到一个耐酸高温稳定突变体1108,其在90℃时酶活力还能维持在70%;在pH 3.0时酶活力维持在70%;在高温80℃和pH 4.0的条件下,酶活力是野生型的10倍;常规条件下(pH 6.0,40℃),酶活力是野生型酶的5倍。序列比对发现耐酸、高温稳定突变体1108有三个碱基发生了改变(T289A、A535T、T1085C),导致相应的氨基酸发生了改变(Ser97Thr、Val362Ala、Ile179Leu)。根据同源建模结果和氨基酸性质研究发现,突变位点位于催化中心附近,推测第97位的突变与酶的耐酸性和活性有关,第179位和第362位的突变与酶的高温稳定性有关。实验结果为进一步了解β-甘露聚糖酶MAN47的结构与功能之间的关系提供有用参考。     

A型产气荚膜梭菌α毒素Thr-272基因定点突变与结构分析

利用定点突变技术,将A型产气荚膜梭菌α毒素( CPA)第272位苏氨酸(ACA)定点突变成脯氨酸(CCG),构建了含CPA突变基因表达质粒的重组菌株BL21( DE3)(pMCPA-T272P).经酶切鉴定和序列测定证实,构建的重组质粒pMCPAT272P含有CPA-Thr272Pro突变基因,且基因序列和阅读框架正确.重组菌株BL21( DE3)(pMCPA-T272P)表达产物经SDSPAGE分析,其表达量占菌体总蛋白相对含量的18.34％.应用ExPASy服务器上的SOPMA法对CPA和CPA-Thr272Pro突变体分子进行二级结构预测,同时模拟了其3D结构.结果显示,CPA和CPA-Thr272Pro突变体蛋白的二级结构主要是由α-螺旋和无规则卷曲组成,3D结构非常相似.CPA和CPA-Thr272Pro突变体蛋白的圆二色(CD)光谱分析发现二者的CD光谱有一些微小变化.磷脂酶C活性检测结果表明,CPA-Thr272Pro突变体蛋白失去了α毒素的磷脂酶C活性.免疫试验结果表明,用CPA-Thr272Pro突变体蛋白免疫的小鼠可以抵抗1MLD的A型产气荚膜梭菌标准株C57-1毒素攻击.     

应用定点突变与分子模建方法研究蛋白酶抑制剂eglin C突变体对蛋白酶furin和kexin的抑制活力

蛋白质前体加工酶参与许多重要蛋白质闪体的加工成熟过程,哺乳动物来源的furin和酵母中的kexin是该家族的重要成员。首先人工合成了编码枯草杆菌蛋白酶抑制剂eglin C的基因片段,组装后在大肠杆菌中得到表达。以定点突变方法在野生型eglin C抑制活性中心的P1、P2和P4位引入碱性氨基酸残基可以将其改造为很强的furin抑制剂（Ki约10^-9mol/L）,和kexin抑制剂（Ki约10^-11mol/L）。同时根据枯草杆菌蛋白酶和eglin C复合物的晶体结构,计算机同源模建了前体加工酶与eglin C突变体结构之间的相互作用,并结合实验数据得到以下结果：（1）P1位引入的碱性残基是该抑制剂活力的前提;（2）P4位碱性残基的引入可以极大地提高抑制剂活力约两个数量级;（3）P2 的碱性残基将有效提高抑制剂的活力。然而同时可以破坏抑制剂本身的稳定性。（4）野生型P3位的疏水性残基参与抑制剂活性环附近疏水核心的构成。     

大肠杆菌araC突变基因的分子克隆及DNA序列分析

大肠杆菌ara C基因(L-阿拉伯糖调节基因)的一些突变体已克隆到质粒pBR322的Pstt位点。在转化ara C基因缺失菌株△766后,阿拉伯糖变构酶活力重新获得表达。但突变对酶活力的影响呈三种类型：(1)削弱;(2)无明显影响;(3)增强。通过DNA序列分析并与野生型进行比较,已找到缺失突变或点突变的位置。     

定点突变Ca~(2+)平衡位点对粘质沙雷氏菌脂肪的影响

为了研究粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens)脂肪酶lip A中的Ca~(2+)对酶活力的影响,采用定点突变的方法对平衡Ca~(2+)的位点D388进行定点突变,对突变体进行诱导表达后,纯化目的蛋白并进行酶学性质分析。与野生酶相比,突变酶的最适温度由40℃降低到25℃,最适p H值由8.5降到8.0,T_(1/2)值比野生酶提高了2℃。由此可知,该Ca~(2+)对脂肪酶lip A酶学性质有着至关重要的作用。     

抑癌基因OVCA1 A34D突变对其生物半衰期的影响

目的为探索抑癌基因OVCA1结构与功能的关系,阐明其在肿瘤发生发展中的作用机制,本研究构建OVCA1A34D突变体并探讨该位点突变对其生物半衰期的影响。方法以本实验室制备并保存的含有人OVCA1基因全长序列的质粒为模板,采用分子克隆方法构建了GFP-tagged-OVCA1A34D突变体重组质粒,并经测序证实。应用脂质体法将突变体质粒转染入体外培养细胞,观察OVCA1A34D突变体蛋白在细胞中的表达。采用蛋白合成抑制剂放线菌酮抑制蛋白合成后检测OVCA1A34D基因突变对其蛋白生物半衰期的影响。结果成功构建了GFP-tagged-OVCA1A34D突变体重组质粒,并在细胞中成功表达。OVCA1A34D突变体蛋白的半衰期与野生体相比明显延长。结论 OVCA1A34D位点突变可导致其生物半衰期延长。     

NL63冠状病毒木瓜样蛋白酶去泛素化酶活性和对宿主抗病毒天然免疫反应调节作用

引起人类呼吸道感染的冠状病毒已多达5种．冠状病毒与宿主相互作用决定了其致病性和免疫特性．冠状病毒感染后宿主会立即启动抗病毒天然免疫反应,而人类冠状病毒往往会编码特定蛋白逃逸或抑制宿主的天然免疫反应．NL63冠状病毒是一种新型人类冠状病毒,其非结构蛋白nsp3编码2个木瓜样蛋白酶(PLP)核心结构域PLP1和PLP2．前期研究发现,人类冠状病毒PLP2是一种病毒编码的去泛素化酶(DUB),但是对其DUB特性和功能还不清楚．研究发现,NL63冠状病毒PLP1和PLP2两个核心结构域中只有PLP2具有DUB活性,而且,PLP2的DUB活性对K48和K63连接的多聚泛素化修饰不表现明显特异性．同时,蛋白酶活性催化位点C1678和H1836突变后对其DUB活性有明显抑制作用,而蛋白酶活性催化位点D1849突变后对DUB活性无影响．其次,PLP2而非PLP1核心结构域能够明显抑制仙台病毒和重要信号蛋白(RIG-I、ERIS/STING/MITA)激活的干扰素表达,表明PLP2是一种冠状病毒编码的干扰素拮抗剂,而且PLP2的干扰素拮抗作用不完全依赖其蛋白酶活性．机制研究表明,PLP2能够与干扰素表达通路中的重要调节蛋白RIG-I和ERIS发生相互作用,通过对RIG-I和ERIS的去泛素化负调控宿主抗病毒天然免疫反应．此外,PLP2除利用DUB活性抑制干扰素表达外,很可能存在不依赖自身催化活性的其他组分共同抑制干扰素的产生．以上研究对阐明人类新发冠状病毒免疫和致病机理以及抗病毒药物研发具有重要参考价值．